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阻燃是在聚合物材料的燃燒過(guò)程中,阻止或抑制其物理/化學(xué)變化的速度的過(guò)程。塑料阻燃等級(jí)由HB、V-2、V-1向V-0逐級(jí)遞增,比V-0等級(jí)高的阻燃等級(jí)還有5V、5VB、5VA。
HB | 厚度<3mm的水平試樣緩慢燃燒,燃燒速度<76mm/min |
V-2 | 對(duì)樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測(cè)試后,余焰&余燃在60秒內(nèi)熄滅;允許有液滴 |
V-1 | 對(duì)樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測(cè)試后,余焰&余燃在60秒內(nèi)熄滅;不允許有液滴 |
V-0 | 對(duì)樣品進(jìn)行兩次10秒的燃燒測(cè)試后,余焰&余燃在30秒內(nèi)熄滅;不允許有液滴 |
阻燃等級(jí)越高越好嗎?
一般來(lái)說(shuō),人們會(huì)這么覺(jué)得,而且希望阻燃級(jí)別達(dá)到最高,但是實(shí)際情況并非如此。首先,現(xiàn)有的阻燃測(cè)試方法存在局限性,得到的結(jié)論也是相對(duì)的。再者,一些應(yīng)用條件下,阻燃等級(jí)低的塑料反而要好。例如,在某些電器制品上,要求材料具有抗電弧點(diǎn)燃性,此時(shí)如果使用V-2級(jí)別的塑料會(huì)優(yōu)于V-0等級(jí)的塑料。這是因?yàn)閂-2級(jí)別的塑料不會(huì)在電作用下形成導(dǎo)電而結(jié)焦,從而降低了著火的可能性,V-0等級(jí)塑料反而存在著火可能性。
阻燃劑的分類
按阻燃劑和被阻燃材料的關(guān)系,阻燃劑可以分為添加型和反應(yīng)型兩大類。前者只是以物理方式分散于基材中,多應(yīng)用于熱塑性高聚物;后者主要作為單體或者是輔助試劑參與高聚物的合成反應(yīng),最后成為高聚物的結(jié)構(gòu)單元,多應(yīng)用于熱固性高聚物。按阻燃元素分類,常用的阻燃劑分為鹵系、磷系、氮系以及鹵-磷系、磷-氮系、銻系、鎂-鋁系、硼系、硅系、鉬系等等,還有一類是膨脹型阻燃劑,它們大多是磷-氮化合物的復(fù)合物;以及一種納米無(wú)機(jī)物,主要是層狀硅酸鹽。
阻燃劑的發(fā)展現(xiàn)況
1有機(jī)鹵系阻燃劑
目前,有機(jī)鹵系阻燃劑仍然是最主要的阻燃劑產(chǎn)品之一,共近百個(gè)品種,主要是溴系阻燃劑和氯系阻燃劑,其中溴系阻燃劑有70多個(gè)品種。由于溴系阻燃劑具有阻燃效率高、用量少、對(duì)材料性能影響小、應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn),目前全球使用量較大的三種有機(jī)阻燃劑產(chǎn)品十溴二苯乙烷、四溴雙酚A及六溴環(huán)二烷均屬于溴系阻燃劑。然而,鹵系阻燃劑在環(huán)保及安全方面的問(wèn)題日益顯現(xiàn)。1986年,瑞士和德國(guó)科學(xué)家相繼通過(guò)的試驗(yàn)證明多溴二苯醚(PBDPO)及以其阻燃的材料在熱裂解和燃燒時(shí)會(huì)生成有毒致癌物質(zhì)多溴代二苯并二噁英(PBDD)和多溴代二苯并呋喃(PBDF),并且,溴系阻燃劑阻燃的高聚物在熱裂及燃燒時(shí)會(huì)生成大量的煙塵及腐蝕性氣體。目前,蘋(píng)果、三星、惠普、戴爾等公司均承諾逐漸停用溴系阻燃劑,要求嚴(yán)格的甚至規(guī)定:Br<900ppm;Cl<900ppm;Br+Cl<1500ppm。
2無(wú)鹵環(huán)保阻燃劑
目前,已被廣泛研究和使用的無(wú)鹵環(huán)保阻燃劑主要有無(wú)機(jī)阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、硅系阻燃劑、膨脹阻燃劑、納米阻燃劑以及協(xié)效復(fù)配阻燃劑等。目前,產(chǎn)業(yè)界正著力于開(kāi)發(fā)新低毒低煙、無(wú)污染的阻燃劑和阻燃材料。無(wú)機(jī)系阻燃劑雖然沒(méi)有環(huán)保方面的問(wèn)題,但因其阻燃效率低,添加量大,容易降低材料本身機(jī)械性能的關(guān)系,往往用于對(duì)機(jī)械強(qiáng)度性能要求不高的材料,且往往需要添加溴系阻燃劑以提高協(xié)同阻燃效率,其應(yīng)用領(lǐng)域具有一定的限制性;有機(jī)磷系阻燃劑具有環(huán)保方面的優(yōu)勢(shì),是作為替代有機(jī)鹵系阻燃劑的優(yōu)先選擇之一。而研究新型無(wú)鹵阻燃劑和不同阻燃劑復(fù)合的協(xié)效作用,研制新型表面改性劑和新的表面改性技術(shù),使阻燃劑與聚合物基體有適宜的相容性,構(gòu)筑適度柔性、結(jié)合力強(qiáng)的界面結(jié)構(gòu),是目前阻燃劑的發(fā)展方向。
阻燃原理
1吸熱作用
任何燃燒在較短的時(shí)間所放出的熱量是有限的,如果能在較短的時(shí)間吸收火源所放出的一部分熱量,那么火焰溫度就會(huì)降低,輻射到燃燒表面和作用于將已經(jīng)氣化的可燃分子裂解成自由基的熱量就會(huì)減少,燃燒反應(yīng)就會(huì)得到一定程度的抑制。在高溫條件下,阻燃劑發(fā)生了強(qiáng)烈的吸熱反應(yīng),吸收燃燒放出的部分熱量,降低可燃物表面的溫度,有效地抑制可燃性氣體的生成,阻止燃燒的蔓延。Al(OH)3阻燃劑的阻燃機(jī)理就是通過(guò)提高聚合物的熱容,使其在達(dá)到熱分解溫度前吸收更多的熱量,從而提高其阻燃性能。這類阻燃劑充分發(fā)揮其結(jié)合水蒸汽時(shí)大量吸熱的特性,提高其自身的阻燃能力。2
覆蓋作用
在可燃材料中加入阻燃劑后,阻燃劑在高溫下能形成玻璃狀或穩(wěn)定泡沫覆蓋層,隔絕氧氣,具有隔熱、隔氧、阻止可燃?xì)怏w向外逸出的作用,從而達(dá)到阻燃目的。如有機(jī)阻磷類阻燃劑受熱時(shí)能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)更趨穩(wěn)定的交聯(lián)狀固體物質(zhì)或碳化層。碳化層的形成一方面能阻止聚合物進(jìn)一步熱解,另一方面能阻止其內(nèi)部的熱分解產(chǎn)生物進(jìn)入氣相參與燃燒過(guò)程。
3抑制鏈反應(yīng)
根據(jù)燃燒的鏈反應(yīng)理論,維持燃燒所需的是自由基。阻燃劑可作用于氣相燃燒區(qū),捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基,從而阻止火焰的傳播,使燃燒區(qū)的火焰密度下降,最終使燃燒反應(yīng)速度下降直至終止。如含鹵阻燃劑,它的蒸發(fā)溫度和聚合物分解溫度相同或相近,當(dāng)聚合物受熱分解時(shí),阻燃劑也同時(shí)揮發(fā)出來(lái)。此時(shí)含鹵阻燃劑與熱分解產(chǎn)物同時(shí)處于氣相燃燒區(qū),鹵素便能夠捕捉燃燒反應(yīng)中的自由基,從而阻止火焰的傳播,使燃燒區(qū)的火焰密度下降,最終使燃燒反應(yīng)速度下降直至終止。
4不燃?xì)怏w窒息作用
阻燃劑受熱時(shí)分解出不燃?xì)怏w,將可燃物分解出來(lái)的可燃?xì)怏w的濃度沖淡到燃燒下限以下。同時(shí)也對(duì)燃燒區(qū)內(nèi)的氧濃度具有稀釋的作用,阻止燃燒的繼續(xù)進(jìn)行,達(dá)到阻燃的作用。PVC塑料屬于難燃塑料,離火自息,但也不是不燃,在火災(zāi)厲害的時(shí)候PVC會(huì)燃燒切放出有毒氣體,因此特殊要求的環(huán)境需要使用添加阻燃劑的PVC配方體系的產(chǎn)品。
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